JP7019726B2 - 極低温液体の極微量汚染物質の解析方法 - Google Patents
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Description
・不純物は酸素と直接反応し、爆発のリスクの高い状況が生じる可能性があり、それは特にこの反応性不純物により放出されるエネルギーがアルミニウムマトリクスの燃焼を開始させるほど高い場合に当てはまる。これは水酸化炭素の場合である。重炭化水素(C4+)、すなわち不飽和結合を有する炭化水素は、吸着プロセスにより蒸留系の上流で止められることがよく知られている。軽飽和炭化水素(C1、C2)はほとんど、又は全く止められないが、液体酸素中の可溶性が高く、そのため、この種の炭化水素の事実上の純粋相が存在する可能性は非常に低くなる。最も危険性が高いことがよく知られている炭化水素はプロパンであり、これには吸着系中で部分的にしか止められないことと、液体酸素中でのその可溶性が比較的低いことが勘案されている。それゆえ、空気を介して入ってくるプロパンは液体酸素タンク内でその可溶性限界より高い含有量に到達するまで堆積する可能性があり、したがって、酸素と接触する純粋相を生成しかねない。
・或いは、不純物は反応しないが、反応性のものを含めた他のすべての不純物の堆積現象を加速させる。これは、その凝固点が液体酸素の動作温度より高い化合物の場合である。CO2及びN2Oはこの観点から最も危険な化合物であり、それはこれらが意図せず、又は意図的に、吸着系により完全に止めることができないからである。そのため、これらは酸素中に見られ、固相が作られ、液体酸素を気化させる熱交換器の気化チャネルを詰まらせることがある。このメカニズムは「デッドエンドボイリング」と呼ばれ、気化中の液体中に含まれるすべての不純物の濃縮を加速させ、したがって、炭化水素に関する、及びアルミニウムマトリクスの燃焼に関するリスクが増大することが知られている。
-様々な段階を完全に中断しなければならず、
-これらの不純物の少なくとも一部をサンプリングする手段を用いなければならず、
-提案された系の外で解析する手段を用いなければならない。
a)既知の量Lの、初期液体を構成する液体が予め解析対象の液体の圧力Pでの気化温度と同じかそれより低い温度にされたチャンバ(E)内に圧力Pで導入され、それによってこのステップa)では液体の気化が起こらないようにされており、
b)チャンバ内に存在する液体のある割合がそれを加熱することにより気化させられ、気化段階中、このようにして生成された蒸気が気化チャンバから放出されて圧力が圧力Pと等しく、又は好ましくは圧力P未満に保持され、
c)Lより少ない量の、このように気化した液体が精密に制御されて、チャンバ内に存在する残留液体中の汚染物質の量が実質的に初期液体中と等しくなるようにし、これはその濃度に所定の係数が乗じられることを意味し、
i.残留液体のサンプルが採取され、残留液体のサンプルが完全に気化した後に汚染物質含有量が測定されるか、又は
ii.残留液体の汚染物質含有量が、その中に少なくとも1種の汚染物質が含まれる残留液体を完全に気化させることによって測定され、すると、気化チャンバは物質の何れの流入又は流出からも遮断され、その後、気化した残留液体中の汚染物質含有量が解析され、
d)初期液体中の汚染物質含有量は残留液体中の汚染物質の測定から推測される
ことを特徴とする。
-ステップii)中、液体は完全に気化し、これにより、遮蔽され、閉じられたチャンバ内の圧力が高まり、その後、生成された蒸気がアナライザに送られる。
-生成された蒸気は、チャンバの圧力での汚染物質の気化温度より高い温度まで加熱されてから、アナライザに送られる。
-アナライザは、10ppm又はさらには1ppm又はさらには0.1ppm未満の汚染物質濃度を測定できる。
-ステップb)、c)、及びi)又はii)中、チャンバにいかなる液体も導入されない。
-ステップb)の液体の部分的気化が行われる圧力は、チャンバの充填圧力Pより少なくとも1バール低い。
-ステップc)の係数は、ステップb)の部分的気化の前後で、液体の体積又は質量の点における物質の初期及び最終量の比と少なくとも本質的に等しい。
-ステップc)の係数は、ステップb)の気化液体の量とLとの間の比に応じて計算される。
-ステップc)の係数は、導入される液体の初期量Lと、気化した量と残留液体の量の合計との間の物質勘定によりわかる。
-チャンバはステップb)の後で遮蔽される。
-当初導入された液体の体積(又は質量)Lと、遮蔽の時点で気化チャンバ内に存在する液体の体積(又は質量)との比は、気化する物質の量を計量することによって、又は気化熱交換器の中に熱源により導入されるエネルギーを計量することによって、又はチャンバ内の液体レベル及び/又は質量レベルの変化を測定することによって特定される。
-ステップb)の割合は、10%より大きく、好ましくは30%より大きく、又はさらには90%より大きい。
-ステップb)の割合は100%未満である。
-ステップb)及び/又はc)の気化圧力は絶対圧0.8バール未満である。
-液体は、極低温蒸留により空気を分離するためのユニットから発せられ、液体の状態又は気体の状態でユニットから引き出され、この場合、チャンバに送られる前に液化する。
-空気分離ユニットは、吸着精製ユニットと、精製ユニット内で精製された気体を蒸留するためのカラムの系を含み、液体は、精製ユニットの下流で引き出され、その後液化された気体である。
-空気分離ユニットは、吸着精製ユニットと、精製ユニット内で精製された気体を蒸留するカラムの系と、を含み、液体は、系のカラムからの底部液体又は系のカラムからの中間部液体である。
-ステップe)により、チャンバはステップi)又はii)とステップa)との間で冷却され、チャンバはチャンバ内に送られる極低温液体の沸点より低い温度とされる。
-チャンバは、極低温液体の一部をチャンバ周囲の空間へと送ることによって冷却される。
-空間の極低温液体は、ステップb)及び/又はc)中に存在しない。
-プロセスは、極低温液体を固化するステップを含まない。
-ステップb)の気化は大気圧で、又は真空下で行われる。
-初期液体を構成する液体の既知の全量Lが、事前に解析対象の液体の圧力Pでの気化温度と同じ又はそれより低い温度にされたチャンバに、圧力Pで気化されずに導入される。
-量Lの液体がチャンバに送られると、チャンバへの液体の送出が停止する。
-チャンバに極低温液体、例えば液体酸素が断続的に充填される。
-この極低温液体は部分的に気化する液体酸素である。液体の初期量Lと残っている液体の量との比は、平衡係数が非常に低ければ(例えば、100未満)、液相の濃縮係数を画定する。同時に、気化した(気体状の)酸素はチャンバから排出され、不純物はチャンバ内部に残る。
-汚染物質は、予め、ほとんどが液体酸素の体積の中で既知の係数だけ濃縮される。
-次のステップで、濃縮された液体酸素の残りと汚染物質が閉じた空間の中で気化させられて、不純物の解析ができるようにする。
-チャンバ内で利用可能な液体の体積と気化した汚染物質の含有量は、生産ユニット(ASU)で利用可能な機器を介して直接解析するのに十分である。
-サイクル全体の総持続時間は15分~40分の間である。
-各サイクルの合間に、不純物はチャンバから排出され、したがって保持されない。
-本発明によるユニットは、液相の不純物の濃度により動作する。したがって、サイクル時間は短く、沈着する不純物の量に関して正確であることが重要である。それゆえ、上述のような「内部」冷却により生じる不純物の沈着による「濃縮」を避けることが望まれる。
-仏国特許第2797325号明細書のユニットは、クライオトラップと長期間にわたる不純物の堆積により動作する。その結果、加熱後のシステムの冷却中に沈着する量は、堆積期間全体にわたって捕捉された量と比較して、無視できる程度となる。
Claims (15)
- 極低温液体中の少なくとも1種の汚染物質の含有量を解析する方法であって、
a)既知の量Lの、初期液体を構成する液体が予め解析対象の液体の圧力Pでの気化温度と同じかそれより低い温度にされたチャンバ内に圧力Pで導入され、それによってこのステップa)では前記液体の気化が起こらないようにされており、
b)前記チャンバ内に存在する前記液体のある割合がそれを加熱することにより気化させられ、前記気化段階中、このようにして生成された蒸気(13)が前記気化チャンバから放出されて圧力が前記圧力Pと等しく、又は好ましくは前記圧力P未満に保持され、
c)このように気化した液体の、Lより少ない量が精密に制御されて、前記チャンバ内に存在する残留液体中の汚染物質の量が実質的に前記初期液体中と等しくなるようにし、これはその濃度に所定の係数が乗じられることを意味し、
i.残留液体のサンプルが採取され、前記残留液体のサンプルが完全に気化した後に前記汚染物質の含有量が測定されるか、又は
ii.前記残留液体の前記汚染物質含有量が、その中に少なくとも1種の汚染物質が含まれる前記残留液体を完全に気化させることによって測定され、その後、前記気化チャンバは物質の何れの流入又は流出からも遮断され、その後、前記気化した残留液体中の前記汚染物質含有量が解析され、
d)前記初期液体中の前記汚染物質含有量は前記残留液体中の汚染物質の前記測定から推測される
ことを特徴とする方法。 - ステップii)中、前記液体は完全に気化し、これにより、遮蔽され、閉じられた前記チャンバ内の圧力が高まり、その後、生成された前記蒸気がアナライザに送られる、請求項1に記載の方法。
- 生成された前記蒸気は、前記チャンバの前記圧力での前記汚染物質の気化温度より高い温度まで加熱されてから、前記アナライザに送られる、請求項2に記載の方法。
- ステップb)、c)、及びi)又はii)中、前記チャンバにいかなる液体も導入されない、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- ステップb)の前記液体の前記部分的気化が行われる圧力は、前記チャンバ(E)の充填圧力Pより少なくとも1バール低い、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)の係数は、ステップb)の前記部分的気化の前後で、前記液体の体積又は質量の点における物質の初期及び最終量の比と少なくとも本質的に等しい、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- ステップc)の前記係数は、導入された液体の前記初期量Lと、気化した量と残留液体の量の合計との間の物質勘定によりわかる、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- ステップb)の前記割合は、10%より大きく、好ましくは30%より大きく、又はさらには90%より大きい、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- ステップb)及び/又はc)の気化圧力は絶対圧0.8バール未満である、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記液体は、極低温蒸留により空気を分離するためのユニットから発せられ、液体の状態又は気体の状態で前記ユニットから引き出され、この場合、前記チャンバ(E)に送られる前に液化する、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記空気分離ユニットは、吸着精製ユニットと、前記精製ユニット内で精製された気体を蒸留するためのカラムの系と、を含み、前記液体は、前記精製ユニットの下流で引き出され、その後液化される気体である、請求項10に記載の方法。
- 前記空気分離ユニットは、吸着精製ユニットと、前記精製ユニット内で精製された気体を蒸留するためのカラムの系と、を含み、前記液体は、前記系のカラムからの底部液体又は前記系のカラムからの中間部液体である、請求項10に記載の方法。
- ステップb)の前記気化は大気圧で、又は真空下で行われる、請求項1~12のいずれか一項に記載の方法。
- ステップb)の後に前記チャンバは遮蔽される、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。
- 当初導入された液体の体積(又は質量)Lと、前記遮蔽の時点で前記気化チャンバ内に存在する液体の体積(又は質量)との比は、気化する物質の量を計量することによって、又は気化熱交換器の中に熱源により導入されるエネルギーを計量することによって、或いは前記チャンバ内の液体レベル及び/又は質量レベルの変化を測定することによって特定される、請求項14に記載の方法。
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